Published May 1975 | Version v1
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Materials problems related to the core catcher of sodium cooled reactors

Description

There are in principal two possible solutions for the external core catcher as far as materials are concerned. 1) A barrier consisting of a material with a high melting point, 2) a tray of comparatively low melting material with a high solubility for the fuel. In case of the first concept one has to look for materials whose melting temperatures are above the temperature of the molten core. Based on metallurgical reasons it seems very likely that the molten core does not exceed a temperature in the range between 2,500 and 2,8000C. Due to the compatibility situation with the molten core only a few high melting oxides will be suitable as liner materials for a core catcher. In the second case basalt or concrete, if free of water and lime, are suitable materials. Graphite is a high melting material, however, due to its behaviour with the molten core it should be listed under the second group. By the reaction of graphite with the core materials the melt can be kept liquid down to temperatures of around 1,1000C. The evolution of CO by this reaction should be supportable. It is an endothermal reaction. Experiments on the behaviour of core catcher materials have shown that sodium is capable of penetrating into sintered bodies of UO2 with densities of 90% TD at temperatures higher than 2000C. This may lead to the desintegration of these bodies. The exposure to moist air has not done much harm to UO2 pellets of densities from 80 to 90% TD. Even after one year of exposure, swelling or desintegration could not be observed. Sodium is also capable of penetrating into bodies of synthetic carbon and graphite. Only well graphitized material will not be destroyed. (orig.)

Availability note (English)

MF available from INIS under the Report Number.

Abstract (German)

Fuer die externe Core-Catcher-Auffangwanne gibt es, was das Material betrifft, zwei grundsaetzlich verschiedene Loesungsmoeglichkeiten: 1) eine Barriere aus einem Material mit hoher Schmelztemperatur, 2) eine Wanne mit vergleichsweise niedrig schmelzendem Material, jedoch mit hoher Loeslichkeit fuer den Brennstoff. Fuer das erste Konzept werden Materialien gesucht, deren Schmelzpunkt um oder ueber der Temperatur der Kernschmelze liegt. Wahrscheinlich schon aus metallurgischen Gruenden wird die Kernschmelze eine Temperatur nicht hoeher als etwa 2.500 bis 2.8000C haben. Aus Gruenden der Vertraeglichkeit mit der Schmelze sind als Wannenauskleidung nur einige hochschmelzende Oxide verwendbar. Fuer das zweite Konzept erscheinen Basalt oder Beton, sofern sie wasser- und kalkfrei sind, durchaus brauchbar. Graphit ist zwar auch ein hochschmelzender Werkstoff, durch sein Verhalten mit der Schmelze ist er jedoch eher in die zweite Gruppe einzuordnen. Durch die Reaktion mit Graphit kann die Kernschmelze moeglicherweise bis auf Temperaturen von etwa 1.1000C fluessig gehalten werden. Die CO-Entwicklung aus dieser Reaktion duerfte ertragbar bleiben. Die Reaktion ist endotherm. Laborversuche zum Verhalten von Core-Catcher-Materialien haben ergeben, dass Natrium in Sinterkoerper aus UO2 mit Dichten bis 90% TD bei Temperaturen ueber 2000C eindringt. Es kann dabei zur Zerstoerung der Sinterlinge kommen. Die Auslagerung an feuchter Luft hat UO2-Tabletten nicht viel geschadet. Auch nach einem Jahr war keine merkliche Schwellung oder Zerstoerung der Sinterkoerper zu beobachten. Auch in Kunstkohle- und Graphitkoerper dringt Natrium ein. Nur durchgraphitisiertes Material wird dabei nicht zerstoert. (orig.)

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Original title (German)
Materialfragen zum externen Core-Catcher fuer natriumgekuehlte Reaktoren

Publishing Information

Imprint Pagination
31 p.
Report number
KFK--2135

INIS

Country of Publication
Germany
Country of Input or Organization
Germany
INIS RN
7221935
Subject category
S36: MATERIALS SCIENCE; S36: MATERIALS SCIENCE; S36: MATERIALS SCIENCE;
Descriptors DEI
CORE CATCHERS; MELTDOWN; REACTOR MATERIALS; VERY HIGH TEMPERATURE
Descriptors DEC
ACCIDENTS; REACTOR ACCIDENTS; REACTOR COMPONENTS

Optional Information

Notes
8 figs.; 3 tabs.; 13 refs.